CN103107776A - 一种超低功耗的带通鉴频器及其鉴频方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超低功耗的带通鉴频方法包括：带通鉴频器配置鉴频参数配置字；启动对输入信号的检测和计数；检测到非正常信号通过复位重新计数，滤除带外干扰和带内噪声；检测到正常信号的上升沿计数值和时钟计数值与相应设置值作比较判断，在设定时钟周期内，满足参数设置值范围，产生高电平使能信号，使能选通门允许输入信号输出，实现唤醒功能。一种超低功耗的带通鉴频器，包括数字频率比较器和状态机，数字频率比较器由状态机为其配置鉴频参数值，根据输入信号检测计数值以及时钟计数值，与相应配置值作比较，生成使能信号，滤除带外干扰和带内噪声信号，判决并选通输入信号。超低功耗带通鉴频器作为唤醒接收机广泛应用于物联网和无线传感网。

Description

一种超低功耗的带通鉴频器及其鉴频方法

技术领域

本发明属于无线通信和CMOS集成电路设计领域，特别涉及低功耗鉴频器领域，具体为一种超低功耗的带通鉴频器及方法。

背景技术

无线通信接收机在目前主流的接收机结构中，都是采取下变频方案，射频信号经低噪声放大器放大后，与本振信号一起送至混频器，进行下混频，得到低中频或零中频信号，再经过复数滤波器后，抑制镜像信号，再经过自动增益控制后，经A/D输出给基带处理器处理。这种方案接收灵敏度好，信噪比高，抑制镜像干扰强，但是这种结构需要频率合成器提供本振信号，根据应用情况电路功耗从10mA到100mA以上不等，存在电路功耗大的缺陷。

在应用非常广泛的物联网或者无线传感网中，很多节点或者设备都是靠电池供电，一块电池需要维持设备5~10年的使用时间，在这种超低功耗的应用中，需要保证设备大部分时间是关闭的，只有在被唤醒的时候，主电路才打开进行收发数据，其它时候只有唤醒接收机一直工作。采用唤醒技术的唤醒接收机的功能跟普通接收机类似，从数GHz的无线射频信号中，解调出调制信号或者数据，判断是否包含唤醒信号，用于确定是否打开主电路，进行数据收发工作。唤醒接收机具有节能特点，但是对唤醒接收机的功耗要求却非常苛刻，电路功耗应在10uA以下。显而易见，采用上面下变频方案的无线通信接收机根本不能满足采用唤醒接收机的超低功耗要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种超低功耗的带通鉴频方法，以设置的鉴频参数配置值为对输入数字信号的带通鉴频条件，通过条件比较，产生唤醒使能信号，控制输出输入数字信号，否则关闭输出输入数字信号，实现唤醒接收机的节能控制，达到超低功耗的目的。另一个目的是公开一种超低功耗的带通鉴频器，它包括数字频率比较器和状态机，采用超低功耗的带通鉴频方法，实现唤醒接收机的唤醒功能，能抑制带外干扰或外部接收到带内的噪声以及由于低功耗电路本身的噪声干扰，并满足接收灵敏度要求，使接收机能在10uA以下的功耗，从GHz无线射频信号中解调出调制数据或者信号。

发明的目的和上述技术问题是通过下面的技术方案来实现。

一种超低功耗的带通鉴频器，其在于，模块结构的超低功耗的带通鉴频器简称带通鉴频器包括数字频率比较器和状态机；其中

数字频率比较器的输入端连接前一级射频前端处理比较器的输出端，数字频率比较器的输出端连接后一级数字基带处理器的输入端，用于选通输出来自前一级输出端的输入数据；状态机的使能控制端和复位控制端分别连接后一级数字基带处理器的使能控制线和复位控制线，状态机的计数与复位控制线连接数字频率比较器的计数与复位控制端，状态机的鉴频参数配置线连接数字频率比较器的鉴频参数配置端；带通鉴频器输出端为唤醒控制端，用于输出一个唤醒控制信号Y。

所述的带通鉴频器，其在于所述数字频率比较器包括上升沿检测器、上升沿计数器、复位单元、时钟计数器、比较器、设置参数配置单元、使能选通门；其中 

经过射频前端处理的输入数据连接上升沿检测器输入端，上升沿检测器的一个输出端连接状态机，该上升沿检测输出端用于使状态机进入计数状态，并开启相应的上升沿计数器和时钟计数器计数，上升沿检测器的另一输出端连接上升沿计数器的输入端，上升沿检测器的配置端连接状态机的数字控制配置字P，上升沿检测器还有一输出端连接复位单元的输入端，复位单元的输出端连接状态机的复位端，用于当上升沿检测器检测到上升沿非均匀连续时，控制复位单元给状态机输出复位信号，使状态机软复位，时钟计数器的时钟输入端连接参考时钟信号，时钟计数器的开始端、停止端和复位端连接状态机的开始计数、停止计数和复位的控制信号端，设置参数配置单元的配置字端连接状态机配置字ER、DUP、DDN，用于完成带通鉴频器的设置参数配置控制，设置参数配置单元的一个输出端连接时钟计数器，用于设置时钟计数器计数预设值，设置参数配置单元的另一个输出端连接比较器的一个输入端，用于设置比较器预设值；时钟计数器的输出端和设置参数配置单元参数配置端分别连接比较器的二个输入端，用于时钟计数器的计数值与设置的预设值送至比较器进行比较，比较器输出连接使能选通门一个输入端，输入数据也连接至使能选通门另一输入端，比较器的输出高电位作为使能信号，用于控制使能选通门，将输入数据选通输出；同时比较器的输出还作为鉴频指示信号，用于输出唤醒信号。

所述的带通鉴频器，其在于所述时钟计数器包括依次串联连接的分频器、倍频器和计数器；参考时钟接入分频器，分频和倍频参数控制端连接设置参数配置单元的ER配置端，计数器控制端连接状态机的开始计数、停止计数和复位端，计数器输出端连接比较器；时钟计数器的分频和倍频参数设置端连接设置参数配置单元，时钟计数器的分频和倍频参数由设置参数配置单元ER配置字作配置，确定参考时钟进行分频的分频比和倍频比，用于确定鉴频误差精度。

所述的带通鉴频器，其在于所述状态机为集成于带通鉴频器片内的微处理器，状态机连接来自片外数字基带处理器的使能信号EN和复位信号RES，同时连接来自数字频率比较器的上升沿检测器、上升沿计数器、复位单元的输出信号，状态机输出开始计数、停止计数和复位的控制信号线连接数字频率比较器的上升沿计数器和时钟计数器的控制端；状态机的工作状态包括空闲IDLE态、计数COUNTER态、结束FINISH态，状态机按照鉴频工作需求实现三种工作状态的转换。

一种超低功耗的带通鉴频方法，包括以下步骤： 

（1）由带通鉴频器的状态机配置鉴频参数；

由带通鉴频器的状态机为数字频率比较器配置鉴频参数，状态机的存储器内存有鉴频参数配置表，状态机按照射频接收机的的鉴频要求，通过查表输出一组鉴频参数配置字；当芯片上电或接收到复位信号，将一组鉴频参数配置字配置给数字频率比较器；

当射频前端芯片上电或接收到来自数字基带处理器的复位信号时，由状态机启动带通鉴频器的鉴频参数配置，状态机通过查表方式从鉴频参数配置表中调出一组鉴频参数配置字发送给数字频率比较器，完成带通鉴频器的鉴频参数配置；鉴频参数配置表是按工作频段范围、鉴频数据长度和鉴频误差精度的鉴频需求与对应计数的鉴频参数设置值编制而成，一组鉴频参数包括参考时钟计数上、下限值 ，一个时钟周期的参考时钟最大计数值和上升沿计数设置值；

（2）检测输入数据的上升沿；

检测来自射频前端电路的输入数据的上升沿，当检测到第一上升沿时，开始对上升沿个数计数，检测输入数据的每个上升沿，计数值加1；同时开始对参考时钟信号计数；

由上升沿检测器对来自射频前端电路的输入数据检测其上升沿，当检测到第一个上升沿时，上升沿检测器检测输出到状态机，状态机进入计数状态，上升沿计数器和时钟计数器各自开始计数，上升沿检测器按照设定的鉴频误差精度，对输入数据实现相应精度的检测，满足不同需求射频接收机的鉴频要求；检测输入数据的每个上升沿并对输入数据作判断； 

（3）检测输入数据的每个上升沿并对输入数据作判断；

检测输入数据的每个上升沿并对输入数据作判断，若上升沿检测器输出的上升沿个数不连续，检测判断到方波信号不连续或方波占空比不对则送一个重新计数信号，状态机作滤波复位，转步骤（2）重新检测输入数据上升沿； 若否则转步骤（4）；

若检测到起始的方波信号不连续或方波占空比不对，状态机作滤波复位处理，使方波信号不连续或方波不对的输入信号，不能从带通鉴相器输出，实现对带外的干扰信号和带内的噪声信号的带通滤波；

（4）判断上升沿计数值是否达到设置值；

上升沿计数值加1，并判断上升沿计数值是否达到设置值；若是，状态机输出停止计数控制信号，参考时钟计数器停止计数；否则转步骤（2）；

当上升沿计数器计数值达到带通鉴频参数设置值，上升沿计数器也停止计数。

（5）判断参考时钟计数值是否在工作频段上、下限对应值范围之内；

参考时钟计数值送比较器，与相应鉴频参数配置值作比较判断；若在设定的时钟周期内，参考时钟计数值在工作频段上、下限对应值范围之内，比较器输出高电平；否则输出低电平，返回步骤（2）；

在设定的时钟周期内，上升沿计数值不满足参数设置值，则输出低电平，唤醒接收机不具备唤醒条件；

（6）输出高电平作使能选通控制和实现唤醒功能；

由使能单元对比较器输出电平和输入数据进行使能控制处理，当比较器输出高电平时，选通输入数据，并输出唤醒信号，实现唤醒功能；否则封锁输入数据不输出，实现带外干扰和带内噪声滤除功能。

带通鉴频器作为唤醒模块能出色完成唤醒控制功能，在执行不唤醒功能时，接收机的其它耗能模块处于休眠状态，从而获得超低功耗的节能效果。数据调制到高频的载波发射，经天线接收后，经射频包络检波器解调出包含噪声在内的包络信号，包络信号经放大器放大后，经过比较器转换为含有噪声在内的数据信号，再经过带通鉴频器鉴频后，滤除带外的干扰噪声，输出基带信号给数字基带处理器处理。

所述带通鉴频方法，其在于步骤（1）所述状态机配置鉴频参数包括以下内容： 

1）工作频段范围配置；根据具体的唤醒调制数据工作频率，配置鉴频器的工作频率上、下限值；

2）配置鉴频的输入数据长度；根据输入数字调制数据的唤醒调制数据的数据帧格式，配置带通鉴频器接收数字调制信号的输入数据长度；

3）配置最大允许误差的参考时钟个数ER；在不影响接收灵敏度的前提下，根据系统的误码率要求作鉴频误差精度配置；

4）配置上升沿计数设置值P；在保证唤醒接收机误码率的前提下，对工作速度即接收到输入数据判决长度进行配置； 

5）配置时钟计数设置值的范围；根据1）工作频段范围配置时钟计数设置值。

所述带通鉴频方法，其在于步骤（2）和（3）所述检测输入数据的第一上升沿和每个上升沿包括以下控制内容： 

1）上升沿检测器未检测第一个输入数据的上升沿，状态机处于空闲IDLE态；

2）上升沿检测器检测第一个输入数据的上升沿，输出开始检测信号，状态机处于计数COUNTER态；

3）上升沿检测器检测每个输入数据的上升沿；

a. 上升沿检测器输出送上升沿计数器对上升沿个数计数：

b. 参考时钟送时钟计数器对时钟个数计数：

4）若上升沿检测器检测到起始的方波信号不连续或方波不对，

a. 上升沿检测器给复位单元输出一个信号：

b. 复位单元输出复位请求信号给状态机；

c. 状态机输出复位信号，控制上升沿计数器和时钟计数器清零，上升沿检测器重新开始对输入数据进行检测；

4）完成配置的鉴频数据长度检测，状态机处于结束FINISH态。

所述带通鉴频方法，其在于步骤（4）所述判断上升沿计数器计数值是否达到设置值包括以下控制内容：

1）状态机未接收到上升沿计数器输出计数完成信号，判定上升沿计数器计数值＜设置值，状态机继续等待上升沿计数器输出计数完成信号，上升沿计数器继续计数，时钟计数器继续计数；

2）状态机接收到上升沿计数器输出计数完成信号，判定上升沿计数器计数值≥设置值；

3）状态机输出停止计数信号，上升沿计数器停止计数，时钟计数器停止计数；

4）时钟计数器计数值送至比较器与设定的工作频段上、下限对应的参考时钟个数设置值作比较判断，若计数值在工作频段范围内，则输出高电平指示信号，并使能输出数据；否则维持低电平输出指示信号，并将计数器复位，重新开始上升沿检测器，若上升沿计数器没有达到预设值，则转步骤（2）继续计数。 

所述带通鉴频方法，其在于步骤（5）所述判断参考时钟计数值是否在工作频段上、下限对应值范围之内包括以下内容：

1）比较器对参考时钟计数值与相应鉴频参数配置值作比较判断；

2）若在设定的时钟周期内，参考时钟计数值在工作频段上、下限对应值范围之内，比较器输出为高电平； 

3）在设定的时钟周期内，上升沿计数值不满足参数设置值，参考时钟计数值不在工作频段上、下限对应值范围之内，比较器输出为低电平，则不具备唤醒条件。

所述带通鉴频方法，其在于步骤（6）所述输出高电平作使能选通控制和实现唤醒功能包括以下内容：

1）当比较器输出为高电平时，作为使能选通信号控制使能选通门实现带通鉴频器选通数据输出，选通数据传输给下一级的数字基带处理器，选通数据一次传输完；

2）同时，比较器输出为高电平，具备唤醒条件，输出唤醒信号给接收机，唤醒功能用于实现低功耗；

3）下一级数字基带处理器接收到带通鉴频器一次传输的选通数据，反馈送出复位信号给鉴频器，开始新的一次输入数据的鉴频与判断。

本发明的实质性效果为：

1、解决了物联网或无线传感网中对唤醒接收机超低功耗的非常苛刻要求，使唤醒接收机的功耗小于5uA。

2、对接收到的输入信号或数据进行鉴频判决时，能抑制带外干扰和带内噪声信号，克服低功耗带来的干扰抑制性能变差的问题。

3、超低功耗带通鉴频器的带通鉴频和噪声干扰抑制，有利于最大程度保证前级电路的性能，使接收机获得较高的接收灵敏度和较低的误码率。

4、电路采用标准CMOS实现，便于集成制造，成本低，可靠性高。

5、超低功耗带通鉴频方法和鉴频器可广泛应用于物联网和无线传感网中不同要求的通信系统，为超低功耗接收提供可行的技术途径。

附图说明

图1a是一种带有本发明带通鉴频器的超低功耗调幅接收机组成框图；

图1b另一种带有本发明带通鉴频器的超低功耗调幅接收机组成框图：

图1a和图1b中：-11—接收天线，12—射频前端电路，120—微分器，121—射频包络检波器，122—放大器，123—比较器，13—带通鉴频器，131—数字频率比较器，132—状态机，14—数字基带处理器。

图2a是本发明第一实施例的带通鉴频器的构成电路框图；

图2b是本发明第二实施例的带通鉴频器的构成电路框图；

图2a和图2b中：-21—数字频率比较器，22—状态机，211—上升沿检测器，212—上升沿计数器，213—复位单元，214—时钟计数器，215—比较器，216—设置参数配置单元，217—使能选通门，EN—使能信号， RST—来自基带处理器的复位信号, ER—误差精度配置字, DUP—频率上限配置字, DDN—频率下限配置字, P—上升沿计数器配置字, Y—鉴频判决输出的唤醒信号。

图3是本发明实施例的带通鉴频器的状态机状态转换图

图3中：31—空闲态（IDLE），32—计数态（COUNTER），33—结束态（FINISH）

图4是本发明实施例的工作流程图。

图5a是本发明实施例的带通鉴频器输入数据13KHz的仿真波形图。

图5b是本发明实施例的带通鉴频器输入数据8KHz的仿真波形图。

具体实施方式

下面按照实施例并结合附图，对本发明的具体实现方式进行详细阐述，使本发明的技术方案、有益效果得到进一步说明。

本发明第1实施例的超低功耗调幅接收机构成框图如图1a所示,接收天线11接收已调制调幅射频信号，射频包络检波器12从已调幅载波信号中解调出低频的包络调制信号或数据，经过放大器13增益放大后，送至比较器14量化为数字信号。射频和模拟前端包括射频包络检波器12、放大器13和比较器14都采用超低功耗的结构和电路实现，总功耗为3uA以内。在比较器14输出的数字信号中，还包含有带外的干扰信号和噪声，也包括由于射频和模拟前端采用超低功耗设计，内部噪声引起的经比较器14输出的数字噪声信号，数字信号和数字噪声信号送至带通鉴频器15进行鉴频和滤波处理，滤除带外干扰和数字噪声信号，再输出给数字基带处理器16，在保证整机的接收灵敏度性能的同时，控制接收数据误码率在低的范围内。

本发明第2实施例的超低功耗调频接收机构成框图如图1b所示,为了达到超低功耗的接收机，在图1a调幅接收机构成的基础上，在天线11与射频包络检波器12之间接入一级微分器10，微分器10将已调频载波信号变为已调频调幅载波信号，后面的接收处理按调幅接收机来接收。后面的工作过程与图1a的调幅接收机类似，不再详述。

本发明第一实施例的带通鉴频器构成框图如图2a所示，它包括数字频率比较器21和状态机22。数字频率比较器21包括上升沿检测器211、上升沿计数器212、复位单元213、时钟计数器214、比较器215、设置参数配置单元216和输出数据的使能选通门217。输入数据DATA IN连接上升沿检测器211，上升沿检测器211的输出送给上升沿计数器212、同时输出送给复位单元213进行信号判断，同时上升沿检测器211输出还送给状态机22，状态机将211输出的第一个上升沿作为开始检测信号，输出启动鉴频控制信号。上升沿计数器212的输出反馈给状态机，复位单元也将输出及结果送至状态机，参考时钟送至时钟计数器，其输出与设置参数配置的设置值一起送至比较器，作为输出数据的使能选通信号送到使能选通门217，输入数据DATA IN同时连接到使能选通门217信号输入端，当使能选通信号为高电平，使能选通门217输出端让输入数据通过，使能选通门217输出的带通鉴频器输出数据DATA OUT，是滤除带外干扰和带内噪声的输入数据。状态机22使能端和复位端接收来自数字基带处理器的使能信号EN和复位信号RES，状态机22还接收来自数字频率比较器21的上升沿检测器211输出的检测信号、上升沿计数器212输出的计数完成信号、复位单元213输出的复位信号，对接收信号进行处理判决，状态机22输出信号包括开始计数和停止计数的控制信号给时钟计数器214，以及对带通鉴频器的复位信号。同时比较器的输出为鉴频判决输出信号Y，用于作为唤醒输出信号。

结合图2a和实施例1对带通鉴频器技术方案作进一步说明。图1a或图1b中比较器123输出的数字信号，作为输入数据DATA IN送至带通鉴频器，若数字频率比较器21的上升沿检测器211检测到输入数据的第一个上升沿，则输出一个“开始检测”的启动信号给状态机22，状态机22处理输出“开始计数”的控制信号，上升沿计数器212开始对输入数据上升沿进行计数，同时时钟计数器214开始对参考时钟进行计数。与此同时，输入数据送至复位单元213进行信号判决，如果输入数据出现非连续信号，即前后脉冲的间隔超过预设的范围，或者输入数据的占空比不满足要求时，复位单元213输出高电平给状态机，状态机对整个带通鉴频器复位，重新开始新一轮鉴频判决。如果判决输入数据信号连续，复位单元213输出低电平，则上升沿计数器212加1，复位单元依次作信号判决，若上升沿计数器212的计数值没有到达上升沿计数器配置字P预设值，复位单元213输出维持低电平，上升沿计数器212不断加1。当上升沿计数器212的计数值到达上升沿计数器配置字P预设值，则复位单元213输出高电平信号给状态机22，状态机22输出停止计数的信号给时钟计数器214，时钟计数器214送出的时钟计数值与设置参数配置单元216送出的工作频率上、下限值对应的二个预设值，一起送至比较器215进行比较，如计数值在二个预设值范围内，则输出高电平的鉴频判决信号Y，Y作为使能信号送至使能控制门217输入端，控制使能选通门217选通输出数据DATA OUT送至基带处理器，如果计数值不在预设值范围内，则计数器复位，鉴频器开始重新判决。本发明实施例的设置参数配置单元216根据工作频段范围、鉴频的误差精度、工作速度，由状态机对鉴频参数：误差精度配置字ER、频率下限配置字DUP、频率上限配置字DDN和上升沿计数限值配置字P进行配置。

为便于对实施例工作过程的描述，假设鉴频参数配置如下：输入的参考时钟为20KHz并经4倍频配置为80KHz；带通鉴频器的带通特性为8~22KHz之间，通过工作频段范围可调；工作速度为在4~15个输入数据的上升沿之间可调，误差精度配置字在3~8个参考时钟个数之间可调。状态机22对鉴频参数配置是根据接收机的性能需求来设置，并通过查表给出误差精度配置字ER,频率上限配置字DUP,频率上限配置字DDN和上升沿计数器配置字P。

表1为鉴频的速度和带通特性配置表。如表1所示，表的左边第一列带通频率F，表示鉴频的带通频率，而上边第一行C表示上升沿计数设置值。表1中给出不同的鉴频带通频率值和不同上升沿计数设置值下的参考时钟计数设置值，时钟计数设置值与鉴频速度相对应，从中可见。以鉴频器的带通频率范围为13~15kHz为例，如果选择上升沿计数设置值P为6，则鉴频器的下限频率13kHz对应的参考时钟80kHz的参考时钟计数设置值为31，而上限频率15kHz对应的参考时钟计数设置值为27，当上升沿计数器212对输入数据上升沿计数值达到6时，时钟计数器214停止计数，如果送到比较器215的参考时钟计数值在27~31范围内，则比较器215输出高电平，带通鉴频器输出唤醒控制信号Y，开启接收机上的收发电路，同时使能选通门217打开，输入数据输出，反之，比较器输出低电平，使能选通门217关闭，输入数据不输出，从输入数据中滤除了带外干扰和带内噪声的数据，同时带通鉴频器不输出唤醒控制信号，关闭接收机上的收发电路，实现节能低功耗。

表2复位的连续性判决条件配置表。如表2所示，第一行Fmin表示为带通鉴频器配置的下限频率值，而第2行Cs表示为一个时钟周期内误差允许的参考时钟个数值，它由误差精度配置字确定，即时钟周期内一组连续数据输入时允许误差的参考时钟最大个数值。复位单元213主要是对输入数据的连续性和占空比进行统计和判决，复位单元213对上升沿检测器211输出的上升沿个数的连续性进行判决。根据表1和表2说明鉴频参数配置值与判断关系。在一个时钟周期（以所配置频率下限值为时钟周期）内，当时钟计数器214计数到工作频率下限对应的最长计数个数31，上升沿检测器还没有检测到上升沿时，表明输入的数据是非连续，就发出复位信号。

复位单元212对上升沿检测器211送出的输入数据的高电平和低电平个数进行统计和判断，如果在一个时钟周期内，而高、低电平的个数差超过限值，则为此时钟周期内输入数据的占空比不满足要求，复位单元212输出复位信号。由表2所示，下限频率13kHz对应的允许误差的参考时钟最大个数值为6，若复位单元213对上升沿检测器211输出的上升沿个数的连续性进行判决，若高、低电平的个数差超出6，则输出复位信号。

在一个时钟周期内，上升沿计数器未达到上升沿计数设置值，复位将当前上升沿计数值清零。

表1 

表2

本发明第2实施例的带通鉴频器构成框图如图2b所示，与第一实施例的带通鉴频器构成相比，省略复位单元，省略给上升沿计数器配置计数值P。二实施例的带通鉴频器的工作过程与第一实施例的带通鉴频器基本相同，不同之处在于：上升沿检测器211输出端将检测输出送状态机22和上升沿计数器212，上升沿计数器212输出上升沿计数值送给状态机22，状态机22将上升沿计数值与配置计数值P作是否相同判决，若判决为“是”，状态机22给上升沿计数器212和时钟计数器214输出“停止计数”信号，否则继续计数。状态机22的开始计数、停止计数和复位信号，分别送到上升沿计数器212和时钟计数器214。

图2b为低功耗带通鉴频器的第2实施例，上升沿检测器211输出和来自基带处理器的复位都是直接连至状态机，实现软复位处理，上升沿计数器除了检测上身沿，同时还对输入数据的高电平部分—脉冲宽度，低电平部分的时间分别进行统计，当高、低电平部分统计出的时间超过预设值时，则对状态机复位，其余的实现与第1实施例基本相同，不再详述。

本发明实施例的状态机状态转换示意图如附图3所示，状态机有三种状态：空闲（IDLE）态31、计数（COUNTER）态32和结束（Finish）态33。

状态机最开始处于IDLE态31，当上升沿检测器检测到输入数据的第一个上升沿时，状态机接收到上升沿检测器输出开始检测信号，则转入计数COUNTER态32，若状态机根据复位单元的输出信号，判决不满足复位要求，且有输入数据时，保持在COUNTER态32。

当复位单元满足复位要求且检测到下一个输入数据的上升沿时，则重新开始计数，当计数达到预设值时，则状态机进入Finish态33。

若状态机根据复位单元输出的请求复位QRES信号，判决满足复位要求，且没有输入数据时，状态机主动从COUNTER态32转入IDLE态31。

当状态机接收到数字基带处理芯片复位信号RES时，也由Finish态33转入IDLE态31。

采用本发明一种超低功耗的带通鉴频方法实施的的带通鉴频器，其工作过程如图4流程所示，结合图2，对实施例鉴频器的工作流程描述如下：

（1）S401当芯片上电或有来自数字基带处理器的RSE复位信号时，处于IDLE态的状态机进入（2）；

（2）S402状态机对带通鉴频器配置鉴频参数：根据接收机工作频段范围、工作速度、鉴频误差精度的要求，通过查表配置参数包括工作频率上、下限设置值DUP和DDN，上升沿计数设置值P，参考时钟计数设置值T以及误差精度设置值ER；

（3）S403检测输入数据的上升沿，若检测到输入数据上升沿，转（4）；若没有检测到输入数据上升沿，则继续检测输入数据的上升沿；

（4）S404当检测到输入数据第一个上升沿时，状态机从IDLE态31转入COUNTER态32，控制上升沿计数器和时钟计数器各自开始计数，同时进行（5）；

（5）S405检测输入数据的方波信号的连续性或方波的占空比，若方波信号的连续性或方波的占空比不符合要求，则转（6）；若方波信号的连续性或方波的占空比符合要求，则转（7）；

（6）S406复位单元向状态机输出复位请求信号，跳至 S403；

（7）S407若复位单元检查正常，则上升沿计数器加1，并进入（8）；

（8）S408判断上升沿计数器计数是否达到预设值，若达到预设值给状态机一个完成计算信号，进入（9）；若上升沿计数器没有达到预设值， 则跳至（13）S413；

（9）S409状态机控制时钟计数器停止计数，并将计数值送至比较器，进入（10）；

（10）S410比较器将时钟计数器计数值与预设的频带上、下限值比较，若在频带上、下限值内，转（12）；否则维持低电平输出指示信号，转（11）； 

（11）S411将计数器复位，并跳至S403；

（12）S412鉴频指示输出高电平；

（13）S413使能输出数据，当使能输出数据给数字基带处理器，一次数据传输完，数字基带处理器输出RES复位信号给带通鉴频器，跳转到（1），开始新一次输入数据的带通鉴频处理；

（14）S414鉴频输出高电平作为带通鉴频器输出的唤醒信号Y。

图5a和图5b给出本发明实施例输入数据13KHz的仿真波形图和本发明实施例输入数据8KHz的仿真波形图。本发明实施例设置带通鉴频器的鉴频范围为10~20KHz ，统计上升沿个数的设置值P为7个，时钟信号为20KHz，经4倍频至80KHz作为时钟计数器的参考时钟。对送至带通鉴频器的13KHz和8KHz输入数据进行了鉴频仿真，其仿真结果如图5a和图5b所示。在图5a和图5b中，最上的信号表示80KHz的参考时钟，Fin表示输入数据的信号，图5a中输入数据为13KHz, 图5b中输入数据为8KHz。Y表示鉴频器的鉴频判决结果，判决结果为高电平，输入数据被选通输出，同时输出唤醒信号，唤醒接收机芯片。判决结果为低电平为输入数据不选通，不输出唤醒信号，继续判决。RST表示来自基带的复位信号。通过图5a可知，由于鉴频器的带通选频范围为10~20kHz，故唤醒输出使能信号—Y，在统计个7个输入数据的上升沿后输出高电平；电路接收到复位信号后，电路复位Y也变为低电平，条件再次满足时，7个输入数据上升沿后，Y又输出使能信号。在图5b中，由于输入的数据不在带通选频范围内，故Y一直为低电平。

本发明的保护范围，并非局限于本发明描述的实施例。只要各种变化在所附权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的实例均在保护之列。

Claims (10)

1.一种超低功耗的带通鉴频器，其特征在于，模块结构的超低功耗的带通鉴频器简称带通鉴频器包括数字频率比较器和状态机；其中

数字频率比较器的输入端连接前一级输出端，数字频率比较器的输出端连接后一级数字基带处理器的输入端，用于选通输出来自前一级输出端的输入数据；状态机的使能控制端和复位控制端分别连接后一级数字基带处理器的使能控制线和复位控制线，状态机的计数与复位控制线连接数字频率比较器的计数与复位控制端，状态机的鉴频参数配置线连接数字频率比较器的鉴频参数配置端；带通鉴频器输出端为唤醒控制端，用于输出一个唤醒控制信号Y。

2.如权利要求1所述的带通鉴频器，其特征在于，所述数字频率比较器包括上升沿检测器、上升沿计数器、复位单元、时钟计数器、比较器、设置参数配置单元、使能选通门；其中 

输入数据连接上升沿检测器输入端，上升沿检测器的一个输出端连接状态机，该上升沿检测输出端用于使状态机进入计数状态，并开启相应的上升沿计数器和时钟计数器计数，上升沿检测器的另一输出端连接上升沿计数器的输入端，上升沿检测器的配置端连接状态机的数字控制配置字P，上升沿检测器还有一输出端连接复位单元的输入端，复位单元的输出端连接状态机的复位端，时钟计数器的时钟输入端连接参考时钟信号，时钟计数器的开始端、停止端和复位端连接状态机的开始计数、停止计数和复位的控制信号端，设置参数配置单元的配置字端连接状态机配置字ER、DUP、DDN，用于完成带通鉴频器的设置参数配置控制，设置参数配置单元的一个输出端连接时钟计数器，用于设置时钟计数器计数预设值，设置参数配置单元的另一个输出端连接比较器的一个输入端，用于设置比较器的预设值；时钟计数器的输出端和设置参数配置单元参数配置端分别连接比较器的二个输入端，用于时钟计数器的计数值与设置的预设值送至比较器进行比较，比较器输出连接使能选通门一个输入端，输入数据也连接至使能选通门另一输入端，比较器的输出高电位作为使能信号，用于控制使能选通门，将输入数据选通输出；同时比较器的输出还作为鉴频指示信号，用于输出唤醒信号。

3.如权利要求2所述的带通鉴频器，其特征在于：所述时钟计数器包括依次串联连接的分频器、倍频器和计数器；参考时钟接入分频器，分频和倍频参数控制端连接设置参数配置单元的ER配置端，计数器控制端连接状态机的开始计数、停止计数和复位端，计数器输出端连接比较器；时钟计数器的分频和倍频参数设置端连接设置参数配置单元，时钟计数器的分频和倍频参数由设置参数配置单元ER配置字作配置，确定参考时钟进行分频的分频比和倍频比，用于确定鉴频误差精度。

4.如权利要求1-3所述的带通鉴频器，其特征在于：所述状态机为集成于带通鉴频器片内的微处理器，状态机连接来自片外数字基带处理器的使能信号EN和复位信号RES，同时连接来自数字频率比较器的上升沿检测器、上升沿计数器、复位单元的输出信号，状态机输出开始计数、停止计数和复位的控制信号线连接数字频率比较器的上升沿计数器和时钟计数器的控制端；状态机的工作状态包括空闲IDLE态、计数COUNTER态、结束FINISH态，状态机按照鉴频工作需求实现三种工作状态的转换。

5.一种超低功耗的带通鉴频方法，包括以下步骤： 

（1）由带通鉴频器的状态机配置鉴频参数；

由带通鉴频器的状态机为数字频率比较器配置鉴频参数，状态机的存储器内存有鉴频参数配置表，状态机按照射频接收机的的鉴频要求，通过查表输出一组鉴频参数配置字；当芯片上电或接收到复位信号，将一组鉴频参数配置字配置给数字频率比较器；

（2）检测输入数据的上升沿；

检测来自射频前端电路的输入数据的上升沿，当检测到第一上升沿时，开始对上升沿个数计数，检测输入数据的每个上升沿，计数值加1；同时开始对参考时钟信号计数； 

（3）检测输入数据的每个上升沿并对输入数据作判断；

检测输入数据的每个上升沿并对输入数据作判断，若上升沿检测器输出的上升沿个数不连续，检测判断到方波信号不连续或方波占空比不对则送一个重新计数信号，状态机作滤波复位，转步骤（2）重新检测输入数据上升沿； 若否则转步骤（4）；

若检测到起始的方波信号不连续或方波占空比不对，状态机作滤波复位处理，使方波信号不连续或方波不对的输入信号，不能从带通鉴相器输出，实现对带外的干扰信号和带内的噪声信号的带通滤波；

（4）判断上升沿计数值是否达到设置值；

上升沿计数值加1，并判断上升沿计数值是否达到设置值；若是，状态机输出停止计数控制信号，参考时钟计数器停止计数；否则转步骤（2）； 

（5）判断参考时钟计数值是否在工作频段上、下限对应值范围之内；

参考时钟计数值送比较器，与相应鉴频参数配置值作比较判断；若在设定的时钟周期内，参考时钟计数值在工作频段上、下限对应值范围之内，比较器输出高电平；否则输出低电平，返回步骤（2）；

在设定的时钟周期内，上升沿计数值不满足参数设置值，则输出低电平，唤醒接收机不具备唤醒条件；

（6）输出高电平作使能选通控制和实现唤醒功能；

由使能单元对比较器输出电平和输入数据进行使能控制处理，当比较器输出高电平时，选通输入数据，并输出唤醒信号，实现唤醒功能；否则封锁输入数据不输出，实现带外干扰和带内噪声滤除功能；

带通鉴频器作为唤醒模块能出色完成唤醒控制功能，在执行不唤醒功能时，接收机的其它耗能模块处于休眠状态，用于获得超低功耗。

6.如权利要求5所述的带通鉴频方法，其特征在于，步骤（1）所述状态机配置鉴频参数包括以下内容： 

1）工作频段范围配置；根据具体的唤醒调制数据工作频率，配置鉴频器的工作频率上、下限值；

2）配置鉴频的输入数据长度；根据输入数字调制数据的唤醒调制数据的数据帧格式，配置带通鉴频器接收数字调制信号的输入数据长度；

3）配置最大允许误差的参考时钟个数ER；在不影响接收灵敏度的前提下，根据系统的误码率要求作鉴频误差精度配置；

4）配置上升沿计数设置值P；在保证唤醒接收机误码率的前提下，对工作速度即接收到输入数据判决长度进行配置； 

5）配置时钟计数设置值的范围；根据1）工作频段范围配置时钟计数设置值。

7.如权利要求5所述的带通鉴频方法，其特征在于，步骤（2）和（3）所述检测输入数据的第一上升沿和每个上升沿包括以下控制内容： 

1）上升沿检测器未检测第一个输入数据的上升沿，状态机处于空闲IDLE态；计数COUNTER态、结束FINISH态；

2）上升沿检测器检测第一个输入数据的上升沿，输出开始计数信号；

3）上升沿检测器检测每个输入数据的上升沿；

a. 上升沿检测器输出送上升沿计数器对上升沿个数计数：

b. 参考时钟送时钟计数器对时钟个数计数：

4）若上升沿检测器检测到起始的方波信号不连续或方波不对，

a. 上升沿检测器给复位单元输出一个信号：

b. 复位单元输出复位请求信号给状态机；

c. 状态机输出复位信号，控制上升沿计数器和时钟计数器清零，上升沿检测器重新开始对输入数据进行检测。

8.如权利要求5所述的带通鉴频方法，其特征在于，步骤（4）所述判断上升沿计数器计数值是否达到设置值包括以下控制内容：

1）状态机未接收到上升沿计数器输出计数完成信号，判定上升沿计数器计数值＜设置值，状态机继续等待上升沿计数器输出计数完成信号，上升沿计数器继续计数，时钟计数器继续计数；

2）状态机接收到上升沿计数器输出计数完成信号，判定上升沿计数器计数值≥设置值；

3）状态机输出停止计数信号，上升沿计数器停止计数，时钟计数器停止计数；

4）时钟计数器计数值送至比较器与设定的工作频段上、下限对应的参考时钟个数设置值作比较判断，若计数值在工作频段范围内，则输出高电平指示信号，并使能输出数据；否则维持低电平输出指示信号，并将计数器复位，重新开始上升沿检测器，若上升沿计数器没有达到预设值，则转步骤（2）继续计数。

9.如权利要求5所述的方法带通鉴频方法，其特征在于，步骤（5）所述判断参考时钟计数值是否在工作频段上、下限对应值范围之内包括以下内容：

1）比较器对参考时钟计数值与相应鉴频参数配置值作比较判断；

2）若在设定的时钟周期内，参考时钟计数值在工作频段上、下限对应值范围之内，比较器输出为高电平； 

3）在设定的时钟周期内，上升沿计数值不满足参数设置值，参考时钟计数值不在工作频段上、下限对应值范围之内，比较器输出为低电平，则不具备唤醒条件。

10.如权利要求5-9所述的带通鉴频方法，其特征在于，步骤（6）所述输出高电平作使能选通控制和实现唤醒功能包括以下内容：

1）当比较器输出为高电平时，作为使能选通信号控制使能选通门实现带通鉴频器选通数据输出，选通数据传输给下一级的数字基带处理器，选通数据一次传输完；

2）同时，比较器输出为高电平，具备唤醒条件，输出唤醒信号给接收机，唤醒功能用于实现低功耗；

3）下一级数字基带处理器接收到带通鉴频器一次传输的选通数据，反馈送出复位信号给鉴频器，开始新的一次输入数据的鉴频与判断。

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